电子器件散热技术现状及进展
电气设备的热管理与散热技术的最新研究进展
电气设备的热管理与散热技术的最新研究进展在当今科技飞速发展的时代，电气设备在各个领域的应用日益广泛，从日常生活中的电子设备到工业生产中的大型机器，从通信领域的基站到新能源汽车的动力系统，电气设备的性能和可靠性对于我们的生活和工作有着至关重要的影响。
而热管理与散热技术则是保障电气设备正常运行、延长使用寿命、提高性能的关键因素之一。
随着电气设备的功率密度不断提高，对热管理与散热技术的要求也越来越高，相关的研究也在不断深入和拓展。
一、电气设备热管理与散热技术的重要性电气设备在工作过程中，由于内部的电阻、电感等元件会产生热量，如果这些热量不能及时有效地散发出去，就会导致设备温度升高。
过高的温度会对电气设备的性能产生多方面的不利影响。
首先，温度升高会导致电子元件的电阻增大，从而增加电能的损耗，降低设备的工作效率。
其次，高温会加速电子元件的老化，缩短其使用寿命。
此外，过高的温度还可能导致设备出现故障，甚至引发火灾等安全事故。
因此，有效的热管理与散热技术对于保障电气设备的性能、可靠性和安全性具有重要意义。
二、传统的热管理与散热技术在过去的几十年中，已经发展出了多种传统的热管理与散热技术，如自然对流散热、强制风冷散热和液冷散热等。
自然对流散热是一种依靠空气的自然流动来带走热量的方法，其结构简单、成本低，但散热效果有限，通常适用于功率较小、发热较低的电气设备。
强制风冷散热则是通过风扇等设备强制推动空气流动，加快热量的散发。
这种方法散热效果较好，但风扇的噪声较大，且在一些恶劣环境下（如灰尘较多的场所）可能会出现故障。
液冷散热是利用液体（如水、油等）的高比热容和良好的导热性能来带走热量。
液冷散热的效率高，但系统复杂，成本较高，且存在液体泄漏的风险。
三、最新的热管理与散热技术研究进展（一）相变材料散热技术相变材料（PCM）是一种在特定温度下能够发生相变（如从固态变为液态或从液态变为固态），并在相变过程中吸收或释放大量热量的材料。
电气设备的热管理与散热技术的最新进展
电气设备的热管理与散热技术的最新进展在当今科技飞速发展的时代，电气设备在各个领域的应用日益广泛，从消费电子到工业制造，从通信设备到新能源汽车，无一不依赖高效可靠的电气设备。
然而，随着电气设备性能的不断提升和集成度的逐渐增加，其发热问题也变得愈发严重。
过高的温度不仅会影响设备的性能和稳定性，还可能缩短设备的使用寿命，甚至引发安全隐患。
因此，电气设备的热管理与散热技术成为了保障设备正常运行的关键因素。
近年来，这一领域取得了一系列令人瞩目的进展，为电气设备的发展注入了新的活力。
一、电气设备热产生的原因及影响电气设备在工作过程中，电能的转换和传输不可避免地会产生热量。
例如，在集成电路中，电子的流动会与晶格发生碰撞，导致能量损耗并转化为热能；在电机中，电流通过绕组时的电阻损耗以及铁芯中的磁滞和涡流损耗都会产生大量的热。
此外，设备内部的元件之间以及元件与周围环境之间的热阻也会阻碍热量的散发，进一步加剧了温度的升高。
高温对电气设备的影响是多方面的。
首先，它会降低电子元件的性能，例如导致电阻值的变化、电容的漏电增加以及半导体器件的载流子迁移率下降等，从而影响设备的精度和可靠性。
其次，高温会加速材料的老化和氧化，缩短设备的使用寿命。
在极端情况下，过高的温度还可能导致设备的短路、起火甚至爆炸，造成严重的安全事故。
二、传统散热技术及其局限性为了应对电气设备的发热问题，传统的散热技术主要包括自然对流散热、强制风冷散热和液冷散热等。
自然对流散热是最简单也是最常见的散热方式，它依靠空气的自然流动来带走热量。
这种方式无需额外的动力装置，成本低，但散热效率也相对较低，适用于发热量较小的设备。
强制风冷散热则通过风扇等装置强制推动空气流动，增加了空气与散热表面的接触速度和流量，从而提高了散热效率。
然而，风扇的运行会产生噪音，而且在一些灰尘较多的环境中，风扇容易吸入灰尘，影响散热效果。
液冷散热则利用液体的高比热容和良好的导热性能来吸收和传递热量。
半导体热管理 先进技术
半导体热管理先进技术
半导体热管理是指在半导体器件工作过程中产生的热量进行有效的控制和管理，以确保器件能够在安全的温度范围内工作，并提高器件的性能和可靠性。
随着半导体器件尺寸的不断缩小和功率密度的增加，热管理变得愈发重要。
以下是关于半导体热管理先进技术的一些方面：
1. 散热技术，传统的散热技术包括散热片、散热风扇、热导管等，近年来随着材料科学和工艺技术的发展，新型散热材料和结构不断涌现，如石墨烯散热片、纳米复合材料散热器等，这些材料和结构能够提高散热效率，降低器件温度。
2. 热界面材料，热界面材料用于填充半导体器件和散热器之间的微小间隙，以提高热传导效率。
先进的热界面材料具有高导热性能和良好的可靠性，如金属薄膜、石墨烯导热垫等。
3. 液冷技术，液冷技术通过在半导体器件上设置微通道，利用流体冷却器件，能够实现更高效的热管理。
此外，液冷技术还可以实现对多个器件热管理的集成，提高系统整体的散热效果。
4. 热仿真和优化，借助计算机辅助仿真软件，可以对半导体器
件的热特性进行模拟和分析，从而进行热设计优化。
通过仿真可以
更好地理解器件的热行为，提前发现潜在的热问题并进行改进。
5. 相变材料，相变材料能够在相变过程中吸收或释放大量热量，被广泛应用于半导体器件的热管理中。
通过相变材料，可以实现对
器件温度的精确控制，提高器件的热稳定性。
总的来说，半导体热管理先进技术涉及材料科学、工艺技术、
流体力学等多个领域，通过不断创新和改进，可以更好地解决半导
体器件热管理方面的挑战，推动半导体技术的发展。
半导体激光器散热技术研究及进展
（ ｅ ａｔ ｅ ｔｆ ｌｃ ｏ ｉ Ｓ ｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏｏｙ Ｓ ｈ ｏ ｏ ｈｓ ｓ ｎ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｚ ｅ ｇｈ ｕＵ ｉｅｓｙ Ｄ ｐ ｒ ｎ ｏ ｅｔ ｎｃ ｃｅ ｅ ｄＴｃｎ ｌｇ ， ｃ ｏ ｌｆ ｙｉ ｄＥ ｇｎｅｉ ， ｈｎ ｚ ｏ ｎｖｒｉ ， ｍ Ｅ ｒ ｎ ａ Ｐ ｃａ ｎ ｔ
Ｚ ｅ ｇ ｈ ｕ４ ０ ５ ， ｉａ ） ｈ ｎ ｚ ｏ ５ ０ ２ Ｃｈｎ
Ａｂｓｒ ｃ ： ａ ｉｓｐ ｔ ｎ ｉ ｅｃｕ ｆａｌ ｅ ｃ ｎ ｌ ｇｅ ｉ ｈ ｐ ｗｅ ｅ ｉｏ ｄ ｃｏ ａ ｅｓ Ｓ ｍｉｏｎ ｕ — ｔ ａ ｔ Ｈｅ ｔ ｓｉ ａｉ ｓｔ ｒ ｘｏ ｌ ｋ ｙｔ ｈ ｏ ｏ ｉ ｓｉ ｈｇ — ｏ ｒ ｍ ｃ ｎ ｕ ｔ ｒｌｓ ｒ ． ｅ ｃ ｄ ｃ ｄ ｏ ｈ ｅ ｎ ｓ ｏ ａ ｅ ｓａｅｉ ｅ ｅ ｔｙｅ ｉ ｎ ｅ ｉｅ ａ ａ ｌ ｆｇ ｎ ｒ ｔ ｇｖ ｒ ｉｈｐ ａ ｏ ｒ， ｉｈｈ ｖ ｎｅｅ ｔｉａ— ｔｒｌｓ ｒ ｒ ｈ ｒ ｎ ｌ ｆ ｃｅ ｔｄ ｖｃ ｓｃ ｐ ｂ ｅｏ ｅ ｅ ａ ｎ ｅ ｙｈｇ ｅ ｋｐ ｗｅ ｓ ｗｈｃ ａ ｅａ ｌｃｒｃ ｌ ｎ ｉ ｉ ｔ— ｐ ｃ ｌ ｏ ｖ ｒｉ ｎｅ ｃｅ ｃ ｆ ０％ ｔ ０％ ，．．５ ｏ ｏ ｔ ａ ｎ ｅ ｓｏ ｆ ｉｎ ｙｏ ｉ ｃ ｉ ４ ｏ５ ｉ ， ０％ ｔ ０％ ｏ ｌ ｃｒｃｅ ｅ ｇ ｏ ｖ ｒｓｉ ｔ ｅ ｍａ ｎ ｒ ｙ． ｅ ｏ６ ｆ ｅ ｔｉ ｎ ｒ ｙｃ ｎ ｅｔ ｎｏ ｔ ｒ ｌ ｅｇ ｅ ｈ ｅ Ｔｈ ｅ ｋ ｈ ａ ｕ ｅ ｅ ａｅ ｙｔ ｅ ｅｄ ｖ ｃ ｓａ ｈ ｎ ｅ ｆ ｃ ｅ ｅｔ ｉ ｅｍ ａｅ ｉｌｓ ｌ ｅ ｅ ｈ ｈｐ ｅｐ ａ ｅ ｔ ｘ ｇ ｎ ｒｔ ｄ ｂ ｈ ｓ ｅ ｉ ｅ ｔ ｅｉ ｔ ｒａ ｅｗｈ ｒ ｌ ｆ ｔ ｈｅｄｏｄ ｔ ｒａ ｏ ｄ ｒ ｄ ｔ ｔ ｅｃ ｉ ｏ ｃ ｒｉｒＩ ｎｔ ｅｏ ｄ ｒｏ ＫＷ ・ｍ ～ Ｔｈ ｅ ａ ｏ ｄｔ ｅ ｅｉ ｍ ｉ ｔｏ ｎｔｅａ ｅ ａ ｅｐ ｗ ｅ ｐ ｒ ｔｏ ｆ ａ ｅ ａｒｅ ｏ ｒ ｅ ｆ１ ‘ Ｓ ｈ ｃ ． ｅｔ ｒ ｌ ａ ｒ ａｌ ｔｉ ｎｉ ｖ ｒ ｇ ｏ ｒ ｅ ａ ｎｏ ｓ ｒ ｈｍ ｌ ｈ ｓ ｉ ａ ｈ ｏ ｉ ｌ ｄ ｏ ｅ ． ｅｓ ｌ ｔｏ ｅ ｔｄ ｓｉ ｔｏ ｆｓ ｍ ｉ ｏ ｄｕ ｔ ｒｌ ｓ ｒａ ｒ ｙ ｎ ｔ ｃ ｓｗｉｌｂ ｉｅ ｔｙ ｒ ｌ ｔｄ ｔ ｉ ｄ ｓ Ｔｈ ｏ ｕ ｉ ｎ ｔ ｈ ａ ｉｓｐａ ｎ ｏ ｅ ｃ ｎ ｃ ｏ ａ ｅ ｒａ ｓａ ｄ ｓａ ｋ ｌ ｅ ｄｒ ｃ ｌ ｅ ａｅ ｏ ｉ ｏ
2024年散热市场分析现状
2024年散热市场分析现状引言散热市场是电子设备行业中一个重要的细分市场，其主要功能是通过散热器等设备降低电子设备的温度，保证设备正常运行。
随着电子设备的不断发展和升级，散热市场也在不断演进和创新。
本文将对散热市场的现状进行分析和总结，并展望未来的发展趋势。
散热市场概况散热市场的主要产品包括散热器、散热风扇、散热导管等。
这些产品广泛应用于计算机、手机、工业控制设备、汽车电子等领域。
随着电子设备的不断普及，散热市场的需求也在不断增长。
在市场竞争方面，散热市场存在一定的竞争压力。
许多企业进入散热市场，产品种类繁多，价格也相对较低。
由于散热器等产品的替代性较大，市场上存在一定的价格战。
因此，企业需要通过技术创新和成本控制来提升市场竞争力。
散热市场的发展趋势1. 小型化和高效化随着电子设备的不断发展，设备的尺寸越来越小，对散热器等产品提出了更高的要求。
未来的散热市场将趋向于小型化和高效化的方向发展。
散热器、散热风扇等产品将变得更加紧凑和高效，以适应电子设备的空间限制和散热需求。
2. 多功能化随着电子设备功能的不断增加，散热器等产品也需要具备更多的功能。
未来的散热市场将发展出一些具有多功能的散热产品，例如集成了空气净化功能、噪音降低功能等。
这样的产品可以满足用户对于电子设备的多方面需求，提升用户体验。
3. 创新材料的应用在散热市场中，材料的选择对产品性能有很大影响。
未来的散热市场将推动创新材料的应用，例如石墨烯、碳纳米管等高导热材料的引入。
这些材料具有优异的导热性能，可以提高散热产品的热传导效率，从而提升整个散热系统的性能。
散热市场的挑战除了发展机遇，散热市场也面临一些挑战。
首先，产品创新和研发投入是一个重要的挑战。
由于散热器等产品的特殊性，其研发和生产技术要求较高。
企业需要不断加大研发投入，提升产品的技术含量和竞争力。
其次，市场竞争激烈，厂家间的价格战不断加剧。
企业需要通过提高生产效率、降低成本等方式来应对价格竞争的压力。
热传递与散热技术
热传递与散热技术是现代科技领域的重要课题，它涉及到许多领域，包括电子器件、建筑工程、能源系统等。
热传递和散热是将热量从一个物体传递到另一个物体，以保持物体的温度在可控范围内，高效地将热量排出系统。
在电子器件领域，热传递和散热技术起着至关重要的作用。
随着电子器件越来越小型化，其功耗也越来越高，导致设备温度升高。
这会导致器件的工作效率下降，甚至损坏器件。
因此，通过合理的热传递和散热技术，可以有效地将热量从电子器件中排出，保持器件的温度在安全范围内。
常见的散热技术包括散热片、风扇、液体冷却等。
散热片通过增加表面积来增强散热效果，风扇通过强制对流来加速热量的传递，液体冷却则通过引入冷却液体来吸收热量并流动，实现高效的散热。
在建筑工程中，热传递和散热技术对于提高建筑的节能性能至关重要。
建筑物是能量的消耗大户，其中又以空调系统为最耗能部分。
通过合理地设计建筑外墙、屋顶、窗户等部件的热传递和散热技术，可以降低建筑物的热量输入，减少对空调系统的需求。
例如，采用隔热材料来减少外墙和屋顶的热传递，通过窗户的设计来减少室内和室外的热传递，优化建筑物的空调系统布局和设备选择等，都能够有效地降低能源消耗，提高建筑的节能性能。
能源系统中的热传递和散热技术也具有重要的意义。
能源的转换和传输过程中会产生大量的热量，如果不能有效地散发热量，将会导致能源损失和系统效率的降低。
因此，在能源系统的设计和运行中，热传递和散热技术需要被充分考虑。
例如，对于火力发电厂而言，热传递和散热技术可以用于提高锅炉、汽轮机等设备的换热效率，降低燃料消耗。
对于核电站来说，热传递和散热技术可以用于控制核反应堆的温度，确保核反应堆稳定和安全运行。
对于太阳能光伏发电系统来说，热传递和散热技术可以用于提高光伏电池的变量效率，增加能源产出。
总体而言，热传递和散热技术在不同领域中发挥着重要的作用。
它们不仅可以提高设备和系统的工作效率，还可以减少能源消耗，降低环境污染。
电力电子技术中的热管理与散热设计
电力电子技术中的热管理与散热设计在电力电子技术领域中，热管理与散热设计扮演着至关重要的角色。
随着电子设备功率密度的不断增加和体积的不断减小，有效的热管理成为了确保设备性能和可靠性的关键。
本文将深入探讨电力电子技术中的热管理与散热设计原理、方法及应用。
首先，热管理在电力电子技术中的重要性不言而喻。
在高功率密度的电子器件中，电流通过器件时会产生大量热量，如果不能有效地散热，将会导致器件温度过高，降低性能甚至损坏器件。
因此，设计一个高效的热管理系统至关重要。
一、热管理原理在电力电子技术中，热管理的基本原理是通过将器件产生的热量有效地传导、传递和散发到外部环境中。
通常采用的方法包括导热材料的选择、散热结构设计、风扇散热等。
其中，导热材料的选择至关重要，优良的导热材料能够有效地将热量传导到散热结构中，提高散热效率。
二、散热设计方法在电力电子技术中，常见的散热设计方法包括自然对流散热、强制对流散热和传导散热等。
自然对流散热是利用自然对流的方式将热量传递到周围环境中，适用于功率较小的电子设备。
而强制对流散热则通过风扇等辅助设备增加空气流动，提高散热效率。
传导散热则是通过散热结构将热量传导到散热片或散热器上，并通过空气对流或液体冷却的方式将热量散发出去。
三、热管理在电力电子技术中的应用热管理在电力电子技术中有着广泛的应用，涉及电源模块、变流器、逆变器等多个领域。
以电源模块为例，由于其功率密度较高，热管理尤为关键。
合理的散热设计能够有效地降低模块温度，提高系统的可靠性和稳定性。
综上所述，热管理与散热设计在电力电子技术中具有重要意义。
通过合理的热管理方案和散热设计，可以有效地提高电子设备的性能和可靠性，推动电力电子技术的发展与应用。
CPU散热技术发展趋势『论文非原创,看点制冷芯片』
电子散热关系到电子设备的可靠性和寿命,是影响当今电子工业发展的一个瓶颈.伴随着电子产业高性能、微型化、集成化的三大发展趋势,散热问题越来越突出. 尤其是对于热负荷敏感度较高的CPU 而言,热量在芯片处的累积将严重影响其稳定性和使用寿命.有研究表明,单个电子元件的工作温度如果升高10 ℃,其可靠性则会减少50 %;而CPU失效问题的55 %都是由于过热引起的。
目前，高频的Pentium4 3.2 E已突破100 W功耗大关,Smith2field核心Pentium D双核处理器的功耗更是攀至130 W.根据Intel的首席技术官Patrick Gelsinger的预测,如果芯片中的晶体管数量以现在的速率一直增长下去,到2015 年就要和太阳表面一样热,这当然是不可想象的.因此,为了使CPU 发挥最佳性能并保证其可靠性,研究实用高效的芯片冷却方法也就成为了日益重要和紧迫的问题. 本文将对CPU 散热技术的最新研究进展进行综述。
1CPU散热方式及存在问题根据电子学理论,过热所导致的“电子迁移”现象是损坏CPU 内部的芯片主要原因.“电子迁移”是指电子流动所导致的金属原子迁移的现象.在芯片内部电流强度很高的金属导线上,电子的流动给金属原子一个动量,一旦与金属原子碰撞,使得金属原子脱离金属表面四处流动,结果就导致金属表面上形成坑洞或土丘. 这是一个不可逆转的永久性伤害,如果一直持续这个慢性过程,到最后就会造成核心内部电路的短路或断路,彻底损坏CPU.“电子迁移”现象受许多因素影响,其中温度因素起了决定性的作用.温度的升高会使自由电子的动能大大增加,对金属原子的碰撞也更强烈. 同时,随着温度的增加,金属原子本身的热运动也增强,电子迁移现象就越容易发生. 这就是为什么要把CPU 的温度维持在50 ℃以下的原因.（1）风冷法.在CPU 上安装散热片以扩大散热面积,并在散热片上安装一个小风扇,让空气强迫对流带走热量.这种散热方式的优点是简单实用,且价格低廉.但其缺点在于: ①冷却效率低,最多只能排出CPU 废热的60 %,因此仅依靠传导和对流的风冷法散热器已经接近了其导热极限; ②随着风扇的功率和转速的增大,产生的噪声也随之增大; ③由于风扇是运动部件,比较容易损坏.（2）水冷法.它是用密封性良好的水槽一般用铝或铝合金制成贴在CPU 表面,然后通以水循环系统,将CPU 发出的热量带走. 这种方法的散热效率比风冷散热高,但它需要较复杂的水冷却系统,并且使用不便,安装麻烦,而且还有漏水和结露的隐患.（3）半导体致冷片法.它是基于帕尔贴效应而实现的,通常采用陶瓷封装的半导体串联方式.其工作原理实际上是热量转移,当接通直流电时,半导体的冷面温度迅速降低,甚至可降至- 10 ℃,而另一面的温度则迅速上升,从而达到降低表面温度的作用.半导体致冷的优点是无需任何制冷剂,寿命长,安装简单,可通过控制电流实现高精度的温度控制.它同样也存在缺点: ①制冷效率低; ②工艺不成熟、价格高; ③容易因冷面温度过低而出现的CPU 结露,从而导致短路的现象.因此,随着芯片尺寸的不断减小、CPU 频率的升高和散热量的迅速增加,需要新型的CPU 散热器来替代原有的散热技术. 以下主要介绍 3 种新型CPU 散热技术:热管散热技术、微通道散热技术和制冷芯片技术.2 新型CPU散热技术2.1 热管散热技术热管是以相变来强化换热的技术,它利用封闭在真空管内的工作物质,反复进行沸腾或凝结来传送热量.典型的热管依次可划分为蒸发段、绝热段和冷凝段三部分见图 1 . 管内装入的液体称为工作液,是热量传递的介质.首先,蒸发段的工作液从外部吸收热量后沸腾成为气相,在气压差的驱使力作用下进入冷凝段,遇到较冷的管壁便凝结为液体并释放热量;接着,通过热管中心处设置的吸液芯,利用它与工作液的表面张力所产生的毛吸力再将工作液送回到蒸发段.反复进行上述过程,从而不断将蒸发段的热量传送到冷凝段,再通过散热片传递出去.由于热管是通过相变潜热来传递热量,其导热性能很高,甚至是相同尺寸铜管的几十倍以上,因此适合在狭小空间中高热量的排放,在笔记本电脑中已经得到应用.Cotter 首先提出微型热管见图2 的概念.该文提出在芯片上埋入微细热管,平均管路直径为10～500 μm ,长为数毫米至数厘米之间. 此热管不需要毛细结构,断面成多角形状,通过内腔尖角区作为液态工质回流的通道,以及通过尖角区产生的轴向毛细压差将液态工质从冷凝段压回蒸发段,从而完成工质的循环.由于微热管还兼具微槽道冷却的优点,因而在小空间下的强化换热中很有前景.有报道称,利用IC工艺制成的多根微型热管阵列,其冷却功率可达200 W/cm 2.由Maidanik 所发明回路热管是另一种形式的热管.由于它能在小温差、长距离的情况下传递大量热量,故在航天航空方面应用比较广泛,在电脑和电子器件应用中也有着非常广阔的前景.自2001 年的首次实验以来,涌现了许多50 g 左右的LHP 散热器,这些散热器的热通量大致在25～30 W.人们也在测试一种新型的6 mm直径LHP散热器,其最大散热通量为70 W 左右.但由于LHP 主要是近20 年内发展起来的新技术,在理论和应用方面还需要进一步的深入研究.综上所述,热管的优势在于其优良的导热性和等温性,热响应速度快,质量轻且结构简单.此外由于热管没有运动部件,运行可靠、耐用,并且能在失重状态下工作,传热距离长且没有方向的限制. 当然,传统热管在设计上同样也存在毛细管、飞散、沸腾、音速和黏性上的限制,当尺寸变小时,表面张力与相变化对小尺寸效应的综合考虑,以及用多边形通道结构的设计来取代目前普遍采用的三角形流道,都是热管设计分析的重要课题.2.2 微通道散热技术微通道热沉的概念最早由Tuckerman 和Peace于1981 年提出的,它是由具有高导热系数的材料构成.根据Riddle 等的研究:流量一定时,矩形通道中流体总的热传导系数与通道水力直径成反比.随着通道直径的减小,换热系数相应增加,同时系统的散热面积与体积比也显著增加. 因此尽管体积不断减小,散热能力反而得到极大的提高.从图3 中可看出,两种具有相同长度和高度的微通道集热器,当微管道宽度为10 μm 时,CPU 温度为65℃,而当宽度为100μm时,CPU 温度则高达85 ℃,显然宽度越小对散热越有利,因此,尺寸因素对微通道散热器的影响是至关重要的,而这又直接影响了CPU 的运行性能.在微通道散热器领域,比较成熟的应属美国Cooligy 公司推出的产品.其生产的水冷式芯片,采用了主动微通道冷却技术Active Micro－ChannelCooling , AMCC .这项新技术中包含3 个主要部分:微管道集热器,用于传送具备吸热功能的液体;散热器,用于将热量传导散发至空气中;一台电力动能泵,用于推动液体流过微管道集热器.相对于传统的水冷,AMCC 的技术核心在于两点:一是微通道集热器,一是无噪声电动力泵.微通道集热器相当于水冷头,通过高导热介质贴覆在核芯表面,甚至直接与CPU 一体化制造.其与核芯接触部分的内表面通过DRIE或LIGA 工艺刻出无数平行宽度约为20～100μm 的微沟槽,再经键合封装形成封闭的循环通路,而液态工作介质则沿着这条通路往复流动.因为集热器的散热面积比传统水冷头增加了数百倍和热传导系数都很大,使得核心温度与液体介质的温度几乎持平. 电动力泵见图 4 是一种利用静电引力原理设计的液体泵.该散热器采用的液体输热介质是混有少量特殊物质的水,该介质在通过电动力泵内设置的多孔材料时会因在接触面产生电双层现象而附上静电,在泵两端产生的静电力场的作用下,液体可以获得维持循环流动的充足动力.这种电动力泵完全摆脱了机械结构,无活动部件,因此,工作时几乎完全没有噪声,可靠性极高,寿命也远远高于传统水泵.因为Cooligy的产品采用了电力动能泵和微通道散热器,因而拥有许多杰出的性能,诸如散热性能优越据其官方网页的数据,散热通量甚至可达1000 W/cm2 ,体积小重量轻,无噪声,性能稳定,可靠性高,寿命长,与芯片的集成性好,成本低等. 然而,减小微通道的宽度不仅可以增加散热能力,同时也会引起压力降升高,增加微通道的压力负载及泵的功率.此外,微通道的堵塞问题、低雷诺数下微流体的流动问题都是极需深入探讨的.随着微通道散热器本身的技术进一步完善,这种产品将有更大的发展潜力和市场需求.2.3 制冷芯片制冷芯片是由Borealis 公司开发出的产品,它是基于热离子换能效应而实现的.热离子换能效应早在1900 年即被发现,即当两种不同的导体接触时,一种导体作为冷端释放电子,另一种导体作为热端接受电子.这样,通过高低能电子的交换从而实现热能的传递.然而该项技术并未在20 世纪70 年代立刻得到实现,其原因有如下:①器件只有在两个板间的距离极小时1～10 mμ才可能发生热离子换能效应见图5 左,而当时的半导体微加工工艺尚无法满足这一要求;②即便材料能发生电子发射,所要求的势垒也很高,只有当热端达到 2 000 ℃时才可能发生,而许多金属在达到这一温度之前早已溶化,并且极高的工作温度对系统的耗能量要求巨大,不可能有实用的价值.而制冷芯片在传统热电离子发射的基础上,采用了量子力学隧穿效应的理论,即将两块电极板的间距控制在纳米量级1～10nm ,从而有效降低需要克服的势垒,在常温下实现两个大表面之间的电子隧穿见图5 右,加之近年来微加工工艺的极大进步,人们就能很好地解决上述的两个难题.尽管热隧穿具有很多优势,但在实际运用中却有着相当多的困难. Huffman 在1965 年曾经用铝作为两块电极板,中间用2 nm 厚的Al O 作为绝热材料.但这个设想存在一个很致命的问题:当温差增大时,这层纳米级厚度而面积很大的Al O 薄膜的热导率同样也在增大,因此,在通过热隧穿传递热量的同时,热量又通过Al O 薄膜回到冷端. 要想保持冷热端的巨大温差ΔT ,大约需要100 万层这样的Al O 薄膜,显然这是不可行的.而Borealis 公司采用的绝热材料则是“真空”,因为实际上,最好的绝热材料就是真空本身,其绝热性能要比任何固体都强得多,又不阻碍隧穿电子穿越势垒.于是制冷芯片就采取了真空二极管的形式,由于真空卓越的绝热性,使得热量传递到热端后很难能再回到冷端,从而很好地解决了热量回流的问题,因此,从理论上来讲热离子换能的效率较高,其期望的卡诺效率为55 %,大大超过热电的 5 %～8 %,也高于压缩制冷的卡诺效率45 % .另外一个严峻的问题就是,要想在两块电极板之间形成1～10 nm 的间距不是一件容易的事情,即使可以通过微加工工艺制作出来,如何保持如此细微的缝隙也是件很令人头疼的问题. Cool Ship 解决方案的灵感是从扫描隧道显微镜STM 上得来的.在STM 上常常通过控制压电材料来调节针尖的位置.这种压电材料是用单晶石英结构的材料制成的,当加上电压时,它就可以极其快速且精确地改变其形状.这样,STM 就能够以持续的电压保持针尖接近试样表面的状态.于是,Borealis 公司利用压电材料来控制电极板之间的间距,通过电压来控制压电位置调节器上下移动,再通过电容传感器反馈出当前的电压,最终将电极板间的间距保持在1～10 nm 的范围内见图 6 .根据Borealis 公司主页上提供的Cool Chip 的信息可知,制冷芯片在室温下的理论散热通量为5kW/cm2 ,加之其体积小、轻便、有效且成本低廉,所以应用范围十分广泛.此外,它可以实现薄膜式的固体冷却,从而能很好地避免芯片上的局部热点.制冷芯片还能够相互串联组成阵列的形式,具有可组合性,可以适合任何形状外表的散热,并提供更强大的制冷能力. 理论上,1 in2 6.45 cm2 大小的CoolChip 装置已经足够供一台冰箱使用,2 in2 大小的Cool Chip 等同于一台为起居室散热的空调,而 5 in2大小的产品就能够为整间房子制冷了,因此,PC 制冷只是Cool Chip 显示自己略显身手的地方. 但是要注意将热端的热量及时散发出去,需要额外使用被动散热,否则就会导致热端温度过高而烧坏制冷元件.由于Cool Chip 的冷却性能优于目前几乎所有的散热技术,其应用前景是很乐观的,很可能在许多应用取代现有的各种制冷方式,如广泛地应用到飞机、导弹、火箭引擎、卫星等高科技领域. 伴随着Cool Chip 加工技术的不断成熟,不久的将来可以通过工业手段大批量生产,并有可能在未来20 年内处于领先地位.3外部散热问题以上大都是针对将芯片内部热量传至表面的办法,尽管这些冷却方法的散热性能十分突出,但仍然需要合适的外部散热装置,否则就会引起热量回流和冷却器过热的问题,这就依赖于新材料的研究以及系统结构或工艺的优化和实现. 外部散热装置一般都采用散热片加上风扇的形式. 传统的散热片工艺有挤压技术、冷锻技术和切割工艺等.目前较新的加工工艺有如下几种:（1）接合式鳍片工艺.采用插齿技术改进了传统铜铝结合,利用60 t 以上的压力把铝片结合在铜片基座中,一定程度上避免了铜铝结合产生的介面热阻问题.由于它可以利用多种材料来达到更好的散热效果,是一种兼顾重量、性能、传热及成本综合考虑的散热方案.（2）鳍片折叠工艺.折叠鳍片用冲压方式制出后,再接合到散热器底板上.折叠鳍片的厚度和间距都可以做的很小,同时能提供良好的气流通路. 此外,还可以混合使用铝或铜等多种材料,以达到所需的散热效果同时兼顾制造成本.( 3) 针鳍工艺.它采用有效的针鳍结构和高导热材料,利用针鳍散热器的大表面积、全向针结构和针的球形特性使其成为单位体积耗能极高的热负荷.一块底面积25 in2 (161.29 cm2) 、热阻0.08℃/ W、全高1.7 in 的672 针散热器在温升40 ℃时的散热功率在500 W左右.4 结语本文着眼于CPU 芯片的散热问题,主要对热管、微通道散热器和制冷芯片这 3 种新型散热技术的研究成果和前景进行了详细的介绍. 随着芯片散热问题越来越受到关注,新的冷却方案、技术革新一定会层出不穷,微冷却器也将会不断应用到更新的领域中去.这就需要在理论和实验两方面进一步地深入研究,在应用领域也需要进行大量的工作.。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电子器件散热技术现状及进展
随着电子及通讯技术的迅速发展，高性能芯片和集成电路的使用越来越广泛。
电子器件芯片的功率不断增大，而体积却逐渐缩小，并且大多数电子芯片的待机发热量低而运行时发热量大，瞬间温升快。
高温会对电子器件的性能产生有害的影响，据统计电子设备的失效有55 %是温度超过规定值引起的，电子器件散热技术越来越成为电子设备开发、研制中非常关键的技术。
电子器件散热的目的是对电子设备的运行温度进行控制(或称热控制)，以保证其工作的稳定性和可靠性，这其中涉及了与传热有关的散热或冷却方式、材料等多方面内容，目前主要有空气冷却技术和液体冷却技术两大类。
1 空气冷却技术
空气冷却技术是目前应用最广泛的电子冷却技术，包括自然对流空气冷却技术和强制对流空气冷却技术。
自然对流空气冷却技术主要应用于体积发热功率较小的电子器件，利用设备中各个元器件的空隙以及机壳的热传导、对流和辐射来达到冷却目的。
自然对流依赖于流体的密度变化，所要求的驱动力不大，因此在流动路径中容易受到障碍和阻力的影响而降低流体的流量和冷却速率。
对于体积发热功率较大的电子器件，如单一器件功耗达到7 W(15~25 W-cm-2)，板级(印制电路板)
功耗超过300 W(2~3W-cm-2)时，一般则采用强制对流空气冷却技术。
强制散
热或冷却方法主要是借助于风扇等设备强迫电子器件周边的空气流动，从而将器件散发出的热量带走，这是一种操作简便、收效明显的散热方法。
提高这种强迫对流传热能力的方法主要有增大散热面积(散热片)以及提高散热表面的强迫对流传热系数(紊流器、喷射冲击、静电作用)。
对一些较大功率的电子器件，可以根据航空技术中的扰流方法，通过在现有型材散热器中增加小片扰流片，。